적색 왜성

1. 개요
2. 특징
3. 외계 행성의 모항성 - 생물의 존재?
3.1. 생명체 서식을 불리하게 만드는 조건들
3.1.1. 조석 고정
3.1.2. 가시광선의 부족
3.1.3. 폭발적인 플레어와 불규칙한 밝기
3.2. 생명체 서식에 유리한 점
3.2.1. 많은 수
3.2.2. 수명
3.3. 결론
4. 나무위키에 등록된 적색 왜성 목록

저질량 항성의 생애

적색 왜성

청색 왜성

1. 개요

적색 왜성(赤色矮星)은 태양의 0.075배에서 50% 정도의 질량을 지닌 주계열성을 부르는 말이다. 헤르츠스프룽-러셀 도표에 따르면 적색 왜성의 스펙트럼형은 어두운 K형으로부터 M형까지이며, 표면온도는 3800켈빈을 넘지 않는다. 우주에 있는 별들의 약 90퍼센트 정도가 적색왜성인 것으로 알려져 있다.

2. 특징

분광형으로 분류하면 M형 항성이고 질량이 작아 표면 온도가 낮은 항성이며 질량의 상한은 태양 질량의 46% 이하[1][2]이며, 하한은 항성의 조건을 충족시키는 선인 7.5%이다. 그 이하는 갈색 왜성이다. 항성들의 90% 이상이 적색 왜성이다. [3] 이런 항성은 내부의 수소핵융합 반응으로 헬륨으로 바꿈으로서 을 발하지만 중수소가 아닌 경수소를 태우는 항성이어야 하며 이런 점에서 갈색 왜성과 구별된다.

항성 내부가 온도에 비해 밀도가 높은 상태이기 때문에 표면까지 광자복사하기가 어려워지며 복사 대신 대류작용으로 표면까지 에너지를 전달한다. 핵융합 과정에서 헬륨이나 기타 무거운 원소가 중심핵에 축적되지 않아 상대적으로 에너지를 알뜰하게(?) 사용하여 그 수명이 질량이 큰 별들보다 길다. 질량이 비교적 큰 적색 왜성이라면 800억년, 질량이 작은 경우 17조 5000억년(!)까지 버틸 수가 있다. 거의 영원과 같은 삶을 사는 별들인 것이다.

적색왜성은 질량에 따라 그 최후가 다르다. 우선 최종단계에서 질량이 큰 편에 속하는 별들은 부피를 부풀려서 거성이 된다. 그래도 우리 태양과 같은 별처럼 커지지는 않고 태양 지름의 5배~10배 까지만 커진다. 태양의 16~23% 사이의 별들은 거성으로 살짝 부풀었다가 질량 방출 후 청색 왜성으로 된다.

질량이 태양의 16% 이하인 별들은 거성이 되지 않고 표면적 모습만 바뀐다. 즉 이러한 별들은 청색 왜성이라고 해서 수소를 다 소진하고 헬륨을 쓰게 되면 다른 항성들과 달리 부피 대신 표면 온도만 올려서 에너지 방출 속도를 늘리는 말년의 모습이 될 것인데, 태양 질량의 16% 이하인 별들의 청색 왜성을 관측하려면 현 우주의 나이의 150배인 2조년을 기다려야 된다.

사실 이런 별들은 이 우주가 처음 생길 때부터 만들어진 별들은 아니다. 왜냐면 최초의 별들은 수소, 헬륨, 리튬 등의 가벼운 원소로만 만들어졌지만, 적색 왜성들에선 핵융합으로 인해 만들어진 중금속성 원소가 발견되기 때문, 그래서 이런 별들은 최초의 별이 죽은 이후에 만들어졌을 공산이 크다고 여겨진다.

에너지를 적게 사용하는 만큼 전체적으로 중심부의 온도가 낮아서 핵융합의 속도가 느리기 때문에 다른 주계열성 이상의 별들보다 상대적으로 약한 빛을 발산한다.(태양 질량의 8%의 적색왜성의 중심 온도는 450만K이며 압력도 태양의 13분의 1밖에 되지 않기 때문에 연료를 매우 천천히 태운다.) 적색왜성 중 어떤 별의 광도는 태양의 1만 분의 1밖에 되지 않는 경우도 있고 가장 밝은 적색왜성조차도 태양 밝기의 10% 수준에 불과하다.[4]

3. 외계 행성의 모항성 - 생물의 존재?

이런 항성을 모항성으로 두는 외계 행성에 생명체가 있을 것이냐는 여러가지로 논쟁거리이다. 다만 일반적으로 보면 현재의 견해는 부정적 의견이 다수이긴 하다.

3.1. 생명체 서식을 불리하게 만드는 조건들

3.1.1. 조석 고정

조석 고정이란 모항성이나 모행성을 공전하는 천체의 공전과 자전이 중력작용으로 일치하여 이 천체가 모항성이나 모행성쪽으로 한쪽 면만을 향하는 현상이다.

모항성과 조석 고정이 발생할 경우 한쪽은 영원히 밤이고 나머지 한쪽은 영원히 낮이 되게 된다.

적색왜성의 경우, 가시광선의 양이 적어 골디락스 존이 태양보다 훨씬 가깝기 때문에 골디락스 존에 위치하게 되면 필연적으로 조석고정이 발생하게 된다. 다시 말해 지구와 비슷한 온도 조건, 생물권 설정을 위해서는 태양계로 따지면 태양수성간의 거리나 그보다 가까운 거리가 필요하기 때문에 조석력에 의해 한쪽이 영원히 낮이 되어 생명이 존재하기에는 악조건이 된다는 것이다.

3.1.2. 가시광선의 부족

또 지구상의 식물은 태양의 가시광선 내에서 광합성을 하기 적합한 조건인데, 적색 왜성들은 이름 그대로 적외선 영역의 빛이 많기 때문에 지구와 같은 식물이 자라기도 부적합하다. 지구상의 식물들은 이러한 조건에서는 생존이 불가능하다.

3.1.3. 폭발적인 플레어와 불규칙한 밝기

거기에 적색 왜성들은 폭발적인 자기장을 생성하며 흑점도 많다. 여기에서 흑점이 많다는 것에서 알 수 있듯 항성 플레어가 태양보다 강한데 특히 작은 질량의 적색왜성에서 두드러지게 나타난다.[5] 플레어는 항성의 밝기를 40~60%까지 증가시키므로 이로 인한 온도 차이가 엄청나며 생물이 산다 하더라도 다 죽게 될 것이다. 당장 지구와 금성에서 보는 태양의 밝기 차이는 1.9배 차이이므로 적색 왜성의 플레어의 위력이 얼마나 큰지 짐작을 할 수 있다. 또한 플레어의 일부는 온도가 2천만K까지 올라가는데(밀도는 매우 낮아서 문제는 없지만)적색왜성은 흑점 폭발로 인해 자신의 원래 밝기보다 40~60%나 더 밝아지는 것으로므로 이 정도로도 엄청난 양의 해로운 X선을 방출하여 순식간에 생명체를 전멸시킬 수도 있다. 지구의 원자력 발전소가 파괴되어 방출된 방사능은 아무것도 아니라는 뜻이며, 1분만에 2000Sv이상 노출된다는 뜻이다. 이 정도의 방사능이면 자기그릇의 색도 변색시킨다.

질량이 큰 적색왜성일수록 플레어의 위력이 약해진다. 질량이 작아질수록 플레어의 위력이 세진다. 자신의 원래 밝기보다 가장 플레어가 쎈 질량대의 적색왜성은 태양의 7.5%~16% 사이이다. 이는 밀도와 자전속도에 비례한다. 항성 표면의 밀도가 높아질수록 자기력선이 많이 꼬여 더 큰 플레어가 형성된다.

3.2. 생명체 서식에 유리한 점

3.2.1. 많은 수

딱히 과학적인 논리는 아니지만, 수가 엄청나게 많으니 그들이 거느린 행성 중 생명체가 살만한 곳이 있지는 않겠냐는 논리이다. 우주에 있는 항성의 90퍼센트라 하니 그 수가 얼마나 많은지 짐작할 수 있을 것이다.

3.2.2. 수명

수명이 어마어마하다. 최대 수명은 수조년에 육박할 것으로 보이는데, 이런 긴 수명은 고등생명체가 나오는데 오랜 시간이 걸린 점을 생각해본다면 확실히 유리한 점이다.

3.3. 결론

적색왜성 특징을 보면 사실 생명체가 서식하기에는 쉽지 않다. 태양이 아무리 고등생명체가 살기 좋은 환경을 조성해줬다고 하나, 지구와 같은 골디락스존에 있는 화성은 아무것도 남지 않은 것처럼, 항성조건까지 불리한 적색 왜성에서의 생명체 서식을 논하는건 불가능할지도 모른다.

그렇다고 해도, 적색 왜성은 매우 흔하기 때문에 과학자들이 적색왜성계의 생명에 대해 연구 중이다. 반드시 지구생명체와 같은 조건을 가져야 생명체가 존재할 수 있다는 가정이 틀릴 수도 있고, 행성이 저런 조건을 상쇄시켜 유리한 조건을 만들 수도 있다.

또한, 만약 저 환경이 오히려 유리하게 작용한다면 오히려 긴 수명 덕분에 번식이 유리해질 수도 있을 것이다.

4. 나무위키에 등록된 적색 왜성 목록


  1. [1] 46%에서 87%는 K형 주계열성, 혹은 오렌지색 왜성이라고 한다. 이들의 표면온도는 보통 3,900~5,200K, 광도는 태양의 0.1~0.5배 정도 된다. 잘 알려져 있는 K형 주계열성은 알파 센타우리 B, 인디언자리 엡실론 등이 있다.
  2. [2] 질량과 광도가 태양보다 작기 때문에 더 오랜 시간(약 150~300억 년)동안 주계열 상태에 머무른다. 그러나 이들의 생명체 거주 가능 영역은 태양에 비해 항성에 보다 가깝고, 폭도 훨씬 좁다.
  3. [3] 주계열성 중 황색 왜성에 들어가는 태양은 상위 1%안에 들어가는 귀족(?)별이다. 태양 윗단계로 올라가면 크고 아름다운 푸른색 별인데 희귀하다.
  4. [4] 이렇게 적색왜성이 어둡기 때문에 발견되지 않은 태양의 쌍성이 있다는 네메시스 가설이 존재한다. 다만 가능성은 희박한편.
  5. [5] 실제로 플레어가 강한 섬광성들은 적색 왜성들이 많다고 한다.